Изготовление летающего винта — это увлекательный проект, который объединяет в себе простоту конструкции и физику полета. В основе лежит старая добрая игрушка: пропеллер на палке, который запускается вращением между ладонями. Однако наша цель — создать более эффективную и безопасную пусковую установку, которая раскручивает винт до высокой скорости, отправляя его в настоящий полет.
Идея и принцип работы
Проект был вдохновлен классической деревянной игрушкой. Главная задача — избежать ситуации, когда пропеллер при неудачном запуске врезается в руку. Решение оказалось элегантным и простым: пусковая установка из стальной трубы, длинного болта, пары подшипников от скейтборда и гаек. На болт наматывается веревка: когда ее резко тянут, болт начинает быстро вращаться. Это вращение через специальный штифт передается на сам винт, и он взлетает в воздух с характерным жужжащим звуком. Проект отлично подходит для образовательных целей, так как позволяет варьировать сложность — от базового уровня для новичков до более продвинутых модификаций.
Изготовление пропеллера (винта)
Перед тем как приступить к созданию, важно понять конструкцию пропеллера. Его можно изготовить из листового алюминия, следуя четкой геометрии.
Лучше всего рисовать шаблон прямо на плотной бумаге или папке, чтобы потом легко его вырезать. Вот пошаговая инструкция по разметке круга для двух- или трехлопастного винта:
- Определите диаметр. С помощью циркуля нарисуйте круг нужного размера и отметьте его центр.
- Разделите круг. Не меняя радиус, поставьте иглу циркуля на линию окружности и проведите дугу, пересекающую окружность в двух точках. Отметьте их.
- Продолжайте деление. Переставляя иглу циркуля на новые отмеченные точки, проведите дуги, чтобы равномерно разделить круг на 3 или 6 секторов (для трех или двух лопастей).
- Разметьте втулку. Определите ширину центральной втулки (места крепления к штифту), разделите это значение пополам и с помощью циркуля нанесите внутренний круг.
- Нарисуйте лопасти. Проведите линии от краев втулки к окружности, формируя контуры будущих лопастей.
Рекомендуется сначала потренироваться на бумаге. Даже опытные мастера иногда могут запутаться в геометрии! Готовый шаблон вырезается и переносится на алюминиевый лист.
Обработка металла и сборка винта
Необходимые инструменты и материалы: алюминиевый стержень (5/16" для штифта), сварочный пруток (1/16"), сверла (1/16", 1/8", 9/32"), сверлильный станок или дрель, надфили, авиационные ножницы, эпоксидная смола (например, JB Weld).
Порядок работы:
- Перенесите рисунок на алюминий.
- Сначала просверлите центральное отверстие — это безопаснее и удобнее для фиксации. Начните с кернения, затем просверлите отверстие последовательно сверлами 1/8" и 9/32". Отверстие 9/32" будет немного мало, что позволит потом точно подогнать пусковой штифт.
- Вырежьте профиль пропеллера авиационными ножницами.
- Обработайте все края и отверстия надфилем, чтобы убрать заусенцы и острые кромки. Безопасность важна!
- Изготовьте пусковой штифт: отрежьте кусок алюминиевого стержня, наметьте и просверлите в нем сквозное отверстие 1/16", вставьте в него отрезок сварочного прутка длиной около 1/2".
- Подгоните штифт к отверстию в пропеллере, при необходимости подработав отверстие надфилем для плотной посадки.
- Придайте лопастям аэродинамический профиль, аккуратно изогнув их, чтобы создать подъемную силу.
- Соедините пропеллер и штифт с помощью эпоксидной смолы. Следите, чтобы штифт был приклеен ровно, в плоскости вращения, и чтобы между штифтом и телом пропеллера оставался зазор для прутка.
Советы по безопасности и модификации
Чтобы игрушка была безопаснее, особенно для детей, можно:
- Закруглить края лопастей и обклеить их изолентой.
- Использовать термоусадку или специальное пластиковое покрытие для рукояток, чтобы смягчить удар.
- Обвести контур пропеллера мягким сварочным прутком.
- Создать защитный кожух из дерева или модифицировать готовые пластиковые детали.
Сборка пусковой установки
Необходимые компоненты: болт с полной резьбой (например, кареточный, 5/16", длиной 6 дюймов), 3 гайки и 3 шайбы на 5/16", 2 подшипника для скейтборда (внутренний диаметр 8 мм), стальная трубка с внутренним диаметром 7/8" (чтобы в нее плотно входили подшипники), эпоксидный клей.
Инструкция по сборке:
- Наденьте на болт первую гайку и подшипник так, чтобы квадратная головка болта упиралась во внутреннюю обойму подшипника. Для надежности можно зафиксировать эту гайку каплей клея.
- С другой стороны болта накрутите гайку, наденьте шайбу, второй подшипник, еще одну шайбу и завершите сборку последней гайкой.
- Отрегулируйте гайки так, чтобы с одной стороны болта оставалось около 1.5-2 дюйма резьбы, а вся конструкция вращалась без люфта.
- Отрежьте трубку ножовкой так, чтобы оба подшипника помещались внутри, выступая примерно на одном уровне с краями.
- Аккуратно, точечно приклейте подшипники внутри трубки. Важно: клей должен лишь предотвращать их продольное смещение, но не должен попадать на шарики, чтобы подшипники свободно вращались.
- Дайте клею полностью высохнуть.
Изготовление и установка пускового механизма
Этот элемент отвечает за зацепление со штифтом пропеллера и его раскрутку.
- Зажмите отрезок такой же трубки в тисках. С помощью ножовки с мелким зубом (высокий TPI) сделайте продольный пропил длиной около 3/16 дюйма точно по центру.
- От этой прорези под углом 45 градусов в одну сторону сделайте два косых спила, чтобы получился «клюв». Следите, чтобы угол наклона был одинаковым с обеих сторон.
- Обработайте края надфилем, чтобы они были гладкими.
- Отрежьте получившийся элемент длиной 1/2" - 3/4".
- Накрутите гайку на резьбовую часть болта пусковой установки примерно на 3/4". Наденьте на болт пусковой элемент («клюв»). Убедитесь, что в прорези достаточно места для штифта пропеллера и отрезка сварочного прутка.
- Отрегулируйте положение, зафиксируйте гайку и приклейте пусковой элемент к ней эпоксидной смолой, убедившись, что он стоит ровно.
Завершающий этап и запуск
Финальные шаги:
- На торце болта, противоположном пусковому механизму, сделайте плоскую площадку (спилите грани), накерните и просверлите сквозное отверстие диаметром около 3/32" для шнура.
- Дайте всей конструкции надежно высохнуть (эпоксидная смола может схватываться за 15 минут, но полную прочность набирает за сутки).
- Проденьте в отверстие прочный шнур длиной около 1 метра.
Как запускать:
- Намотайте шнур на болт, вставив штифт пропеллера в пусковой механизм.
- Убедитесь, что лопасти изогнуты правильно: передняя кромка должна быть выше задней. Это создает подъемную силу.
- Держите пусковую трубку в одной руке, направив пропеллер от себя и от других людей. Никогда не запускайте внутри помещения!
- Другой рукой плавно, но быстро потяните за шнур. Начните с легкого рывка, чтобы понять механику, затем увеличивайте силу. При правильном запуске пропеллер взлетит высоко и далеко.
Эксперименты и выводы
Этот проект отлично подходит для изучения основ аэродинамики. Можно задаться вопросом: «Какой пропеллер летит выше и дольше: с двумя или тремя лопастями?»
Практика показывает, что двухлопастные винты, как правило, набирают большую высоту по сравнению с трехлопастными. Это связано с разным распределением массы и аэродинамическим сопротивлением. Интересный эффект: некоторые винты, будучи слегка разбалансированными, могут описывать дугу и возвращаться обратно к запускающему.
Источник
